如何计算物体的体积

2025年3月17日 | 阅读 8 分钟

在本教程中,我们将简要学习计算不同物体体积的步骤。

在我们继续之前,让我们先了解体积的定义。

什么是体积?

形状的体积是指物体占据三维(三维)空间的大小。

体积也定义为形状所能容纳的水(或空气、沙子等)的容量。根据国际单位制(SI),如果物体的尺寸以米为单位,则标准体积为立方米或 m³。体积还可以用三种不同的单位测量,即立方厘米或 cm³、立方英寸或 in³ 和立方英尺或 ft³。

不同的物体体积不同。我们在三维几何中学习过不同的实体形状,包括立方体、长方体、金字塔、球体、圆柱体、圆锥体等。让我们来探索计算所有这些三维几何形状体积的逐步公式。

1. 计算立方体的体积

How to Calculate volume of an object

立方体定义为由六个相等正方形面组成的实心三维(三维)物体。换句话说,它是一个四周面都相同的盒子形状。例如,Ludo 骰子就是一个立方体,因为立方体的六个面都是相同的。

注意:立方体的所有面长度都相等,因此您可以随意选择一个面进行测量。如果您对一个形状是否是立方体有疑问,请测量该物体的每个面,然后确定它们是否相等。

公式

公式 1:使用边长

用于立方体的体积公式 => 边长³ => 边长 * 边长 * 边长

公式 2:使用立方体的对角线

如果您知道立方体对角线的长度,也可以确定立方体的体积。

用于立方体的体积公式 => √3 × d³/9

其中 d 代表“立方体的对角线”

公式解释:由于立方体的所有边长度相等,因此很容易确定立方体体积的公式。我们知道物体的体积是通过物体占据的总空间来计算的。对于立方体,所有三个维度,即长度、宽度和高度,都相等,因此它是三个边长的乘积(边长 x 边长 x 边长)。

示例

示例 1:求边长为 6 厘米的立方体的体积

解答:根据立方体体积公式

体积 = (边长)³

           = (6 厘米)³ => 6 厘米 x 6 厘米 x 6 厘米

           = 216 厘米³

示例 2:求对角线为 3√3 厘米的立方体的体积

解答:根据立方体对角线体积公式

体积 = √3 × d³/9

           = √3 × (3√3 厘米)³

           = √3 ×(3√3 × 3√3 × 3√3)/ 9

           = √3 × 81√3 / 9

           = (√3 × √3) × 81 / 9

           = 3 x 81 / 9

           = 243 / 9

           = 27 厘米³

2. 计算长方体的体积

How to Calculate volume of an object

长方体定义为由六个矩形面组成的实心三维(三维)物体,其中相对的面是相同的。因此,长方体存在三对平行边。我们知道体积是根据三维边长,即长度、宽度和高度来确定的。长方体的另一个名称是“实心矩形”,因为它由矩形面组成。长方体的所有角度都是直角,长方体的相对面是相同的。长方体的一个例子是火柴盒。

注意:立方体被认为是特殊的长方体,其中所有矩形面都相等。

公式

用于长方体的体积公式 => 长度 x 宽度 x 高度 => l x b x h

公式解释:我们知道物体的体积是通过物体占据的总空间来计算的。因此,在长方体的情况下,体积是通过将这些面的尺寸相乘来确定的,即长度、宽度和高度。

示例

示例 1:确定一个长方体水箱的容量,该水箱长 15 厘米,宽 8 厘米,高 9 厘米。

解答:长方体水箱的容量 = 长方体水箱的容量

长方体体积 = 长度 × 宽度 × 高度

                          = 15 厘米 × 8 厘米 × 9 厘米 = 1080 厘米³

因此,长方体水箱的容量为 1080 厘米³。

3. 计算圆柱体的体积

How to Calculate volume of an object

圆柱体定义为由两个相同圆形平端和一个连接两端的曲面组成的实心三维(三维)物体。要计算圆柱体的体积,必须知道其中一个平端的半径(圆的边缘与其中心点之间的距离)和高度。如果尺寸以厘米为单位,则体积以立方厘米(cm³)为单位。虽然您也可以以 in³、m³、ft³ 等为单位测量体积。

公式

圆柱体体积公式:V = πr²h

其中

'V' 代表圆柱体的体积

'r' 代表圆柱形底面的半径

'h' 代表高度

'π' 代表常数 pi(22/7 或取 pi 的近似值 3.14)

公式解释

要计算圆柱体的体积,必须知道其高度以及其中一个平端的半径(圆的边缘与其中心点之间的距离)。

示例

示例 1:确定一个圆柱形屋顶的体积,该屋顶的半径为 7 米,高度为 21 米。

解答:根据公式,我们知道

圆柱体体积 = πr²h

其中 r = 7 米,h = 21 米

将 r 和 h 的值代入我们的公式

体积 = 3.14 x 7² x 21

           = 3.14 x 7 x 7 x 21

           = 3231.06 m³

4. 正方锥的体积

How to Calculate volume of an object

锥体定义为由一个底面和逐渐变细至顶点(锥体顶部)的相邻面组成的实心三维(三维)物体。直角方锥是一种锥形,其中底面是直角正方形,所有四个三角形面长度相等,并且在同一个顶点处相交。

公式

正锥体体积 = 1/3b²h,

其中

'b' 代表正锥体的边长(底部的多边形)

'h' 代表锥体的高度(从底面到顶面的垂直距离)。

示例

问题 1:计算一个高 10 厘米、底边长 5 厘米的直角方锥的体积。

解答:根据公式,我们知道。

那么,直角方锥的体积为 V = 1/3 × b² × h

⇒ V = 1/3 × 5² × 10
⇒ V = 1/3 × 25 x 10
⇒ V = 250/3 = 83.34 立方厘米

直角方锥的体积为;83.34 厘米³。

5. 计算球体的体积

How to Calculate volume of an object

球体定义为实心的圆形三维(三维)物体,其中其边缘上的每个点到圆心的距离都相等。从中心到边缘的固定距离称为球的半径 (R)。

公式

球体体积 (V):4/3πR³

其中

'V' 代表球体的体积

'r' 代表球体固定距离的半径

'π' 代表常数 pi(22/7 或取 pi 的近似值 3.14)

示例

问题 1:确定一个半径为 6 厘米的球体的体积?

解答:根据球体体积公式,我们知道

球体体积 = 4/3 πr³,

其中 r = 6 厘米

将 r 的值代入我们的公式

V = 4/3 x 3.14 x 6³

V = 4/3 x 3.14 x 6 x 6 x 6

V = 904.32 厘米³

问题 2:计算一个直径为 8 米的实心球体的体积。

解答:已知直径 = 8 厘米

所以,半径 = 直径/2 = 8/2 = 4 厘米

根据公式,球体的体积为;

体积 = 4/3 πr³ 立方单位

V = 4/3 π 4³

V = 4/3 x 3.14 x 4 x 4 x 4

V = 4/3 x 3.14 x 64

V = 267.94 厘米³。

测量不规则固体的体积

在上面一部分,我们研究了如何计算固体物体的体积,但对于下图所示的形状不规则的物体呢?

How to Calculate volume of an object

对于规则的三维图形,您可以通过测量其尺寸并使用合适的体积公式轻松找到其各自的体积。但是,如果您想计算不规则形状的体积,则需要应用阿基米德原理。

趣味知识:您知道阿基米德是在洗澡时构思出整个体积理论的吗?有一天,他走进浴缸时,突然发现当他把身体浸入水中时,浴缸的水位升高了。

结论

从上述观察中,阿基米德得出结论,任何容器中被排开的水的体积等于浸入其中的物体的体积。

因此,如果您想计算不规则物体的体积,请遵循基于阿基米德原理的以下步骤。

  1. 取一个容器(烧杯、水桶、量杯或量筒)和一个您想计算其体积的不规则物体。确保容器的大小要大于物体,以便可以轻松地将其浸入,并且容器应带有刻度。
  2. 下一步是将水倒入容器中,并用其刻度测量体积
  3. 之后,将您的不规则物体浸入容器中。确保它应完全浸没在水中以获得准确的体积。水位会升高,读取测量值。

注意:如果您的不规则物体会溶解在水中,阿基米德原理将不起作用。

How to Calculate volume of an object
  1. 上述刻度测量对于根据阿基米德原理确定浮力至关重要。
  2. 计算不规则石头浸入容器之前和之后的容器体积。这两个容器体积之间的差值将是我们不规则物体的实际体积。

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